JPS62224520A - タツピング加工制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、タッピング加工制御方式に関する。

特に、小径のタップによりタッピング加工を行うとき、
タップが折れないようにしたタッピング加工制御方式に
関する。

従来の技術 タッピング加工の場合には、主軸の回転位置、すなわち
タップの回転量とタップの軸方向位置は相互に関係して
いるから、タップの回転量とタップの軸方向進行量は完
全に同期する必要がある。

従来、高精度のネジ切り加工、歯切り加工を行うため、
工具の回転と工具の加工物に対する送りとを同期させて
駆動しようとする技術が公知である。例えば、工具回転
用の主軸モータを所定の指令速度で回転させると共に、
該回転用モータに付設したパルスコーダから発生するパ
ルス列に従つて工具送り用モータの回転を制御して両モ
ータを互いに同期回転させるようにしている。しかし、
この種の同期制御は、各モータに速度指令を与え、換言
すれば制御ループとして速度制御ループを用いるもので
、速度変動に対する復元力が弱く、負荷変動に伴い回転
用モータの回転速度が変化し易く、この回転用モータの
回転速度の変動に伴い両モータの同期が不正確になり加
工精度が悪化する欠点がある。

そのため特に、小径のタップでかっ深穴にタッピング加
工する場合、タップが折れることがあった。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、上記従来技術の欠点を改善し、タップの回転
位置とタップの軸方向進行位置を補間し、完全に同期さ
せ、かつタップに加わる抵抗を少なくし、小径のタップ
でも加工中折損することがないタッピング加工方式を提
供することにある。

問題点を解消するための手段 主軸モータにデジタル制御回路によって制御されるデジ
タルスピンドルモータを使用した工作機械でのタッピン
グ制御方式において、上記デジタルスピンドルモータの
制御回路に該スピンドルモータの回転に応じて出力する
パルスコーダからのフィードバック信号に基づいて該ス
ピンドルモータの位置をフィードバック制御し、速度指
令を速度指令を上記デジタル回路へ出力する位置制御手
段を設け、上記スピンドルモータの制御回路及び工具を
軸方向に移動させるサーボモータのサーボ回路へ加工す
るねじのピッチ量に応じて補間回路により直線補間して
パルス分配し、上記スピンドルモータとサーボモータを
同期して駆動し、上記スピンドルモータとサーボモータ
を正転させてタッピング加工を一定囲行い、その後上記
スピンドルモータとサーボモータを逆転させて上記一定
量より少ない距離だけタップを後退させる往復動作を繰
り返し行う固定サイクルによりタッピング加工を行うこ
とにより上記問題点を解決した。

作　　用 タップを回転させるスピンドルモータとタップを軸方向
に移動させるサーボモータは、補間回路によって直線補
間された分配パルスによって各々駆動されるため、上記
スピンドルモータの回転位置と上記サーボモータの回転
位置、すなわち、タップの回転位置とタップの軸方向位
置は１対１に対応して駆動される。そのため、タップを
加工方向に往復運動させるよう上記スピンドルモータ及
び量ナーボモータを駆動しても、タップの回転位置とタ
ップの軸方向の対応位置のずれはなく、タップは正確に
加工し、かつ、加工したねじ山に沿ってタップは後退す
ることとなり、ねじ山を変形させたりタップが折損する
こともない。さらに、一定量タッピング加工し、その後
一定量タップを後退させるから、切屑が排除されタップ
に加わる抵抗が少なくなり、タップは折れることなく加
工が行われる。

実施例 第１図は、本発明の一実施例による制御方式が適用され
るタッピング加工装置の制御ブロック図を示し、１は工
具回転用の主軸モータとしてのＡＣデジタルスピンドル
モータ、２は工具送り用ＡＣサーボモータで、工具ホル
ダ２０（第３図参照）に装着されたタップ２１をデジタ
ルスピンドルモータ１により被加工物（図示路）に対し
て回転駆動すると共に送り用モータ２により被加工物に
対して加工方向に駆動するようになっている。そして、
本実施例では、スピンドルモータ１は重切削加工時たと
えばフライス加工時の大きい負荷に打ち勝つよう高速回
転可能にされ、また、工具ホルダ２０は複数の工具たと
えばタッピング工具およびフライス加工用のカッタ（共
に図示せず）が例えば自動工具交換機により交換可能に
装着され、また、リジェットタッピングのためのタッピ
ング工具を伸縮不能に把持するように設けられている。

３は数値制御部、３ａは該数値制御部３に設けられた補
間回路、ＰＣｌはスピンドルモータ１が所定角度回転す
る毎にフィードバックパルスＦＳを発生するパルスコー
ダ、４は補間回路３ａから発生する分配パルスＰＳとバ
ルスコーダＰＣ・１からのフィードバックパルスＦｓと
の差を速度指令値として出力する位置制御手段で、誤差
レジスタによって構成されている。７，８は数値制御部
３からの切換指令Ｃ８で切換わる切換手段で、タッピン
グ加工時等にスピンドルモータ１をフィードバック制御
するときは、切換手段７は位置制御手段４の出力をデジ
タル制御回路５に、また、切換手段８はフィードバック
パルスＦＳを位置制御手段４に入力するようになってお
り、フィードバック制御を行わないときは、切換手段７
は数値制御部３からのスピンドルモータ１への速度指令
ＳＶをデジタル制御回路５へ入力するように切換える。

また、切換手段７はフィードバックパルスｌ”ｓの位置
制御手段４への入力を断つ。デジタル制御回路５は速度
制御部５ａ、電流制御部５ｂ、ＰＷＭ（パルス幅変調）
制御部５Ｃを有し、速度制御部５ａでは位置制御手段４
または数値制御部３からの速度指令とパルスコーダＰＣ
ＩからのフィードバックパルスＦｓによる現在の速度と
の差によりトルク指令を出力し、電流制御部５ｂではこ
のトルク指令を受けて、電流検出器９．１０からの現在
の駆動電流に基づきスピンドルモータ１の各相への指令
電流を出力し、ＰＷＭ制御部５ｃでパルス幅変調を行っ
てパワー回路６を駆動しスピンドルモータ１を指令速度
で駆動するものである。

このデジタル制御回路５はすでに公知であり（例えば特
願昭６０−３６０５１号）、このデジタル制御回路５で
駆動する場合と、従来の方式でスピンドルモータを駆動
する場合とを比較すると、第２図（イ）で示されるよう
に従来方式による駆動では速度指令ＳＶに対し、スピン
ドルモータの追従はかなりの遅れがあるが、第２図（ロ
）に示すように、デジタル制御回路５で制御されたスピ
ンドルモータは遅れはほとんどなく、正確に追従する。

一方、サーボ回路１２は従来から公知のごとく、補間回
路３ａからの分配パルスＰＺとパルスコーダＰＣ２から
のフィードバックパルスＦｚの差を位置制御部１２ａ内
の誤差レジスタで検出して、この誤差レジスタの出力を
Ｄ／Ａ変換器でアナログ信号の速度指令に変換して出力
し、Ｆ／Ｖ変換器１２ｃからの実際の速度との差を速度
制御部１２ｂで増幅しトルク指令を出力し、電流制御部
１２ａでは速度制御部１２ｂからのトルク指令とサーボ
モータ２の駆動電流を検出する電流検出器１４．１５か
らの現実の駆動電流値に応じて各相への駆動電流指令を
出力し、この駆動電流ＩＨ令を受けてＰＷＭ制御部１２
ｅはパルス幅変調を行い、パワー回路１３を駆動しＡＣ
サーボモータ２を駆動するようになっている。なお、１
１．１６は三相電源である。

次に、タッピング加工動作について説明する。

まず、タッピング加工は第３図に示すように固定サイク
ルにされており、加工開始点Ｒまで早送りされた後タッ
ピング加工を開始し、一定距離ｄ１だけ加工方向（以下
Ｚ軸方向という）にタッピング加工すると、スピンドル
モータ１及び工具送り用のサーボモータ２を逆転させて
、加工済みの深さより短い所定の距離ｄ２　（ｄｌ＞　
ｄ２）だけ後退（加工進行方向に対し逆方向）させ、次
に、スピンドルモータ１．サーボモータ２を正転させて
上述と同様にして再度タッピング加工が所定深さｄｌ（
Ｚ軸の移動量はｄｌ＋６２）に厘り実行された後、再び
後退動作を行う。そして、このような往復動を伴うタッ
ピング加工が指令された所定深さまで終了すると、両モ
ータ１．２を逆転駆動して工具４をタッピング加工孔か
ら完全に離脱させ、所定島さ位置まで早送り等して次の
加工に待機する。

以上のような固定サイクルによってタッピング加工を行
うが、以下、第１図の制御ブロック図に基づいて上記タ
ッピング加工動作を説明する。

加工ブロクラムからタッピング加工指令が解読されると
、図示しない工具自動交換機によって工具ホルダにタツ
ビング工具が装着され、切換指令Ｃ８によって切換手段
７．８がフィードバック制御位置に切換えられ、加工プ
ロクラムで指定されたピッチ量に応じたスピンドルモー
タ１及びサーボモータへの速度指令ｖｓ、ｖｚが補間回
路３ａに入力されて、補間回路３ａからは直線補間され
た分配パルスＰＳ、ＰＺを出力し、位置制御手段４及び
サーボ回路１２の位置制御部１２ａへ入力する。

即ち、加工されるねじ山間の距離であるピッチをＰとす
ると１条ねじの加工においては主軸のスピンドルモータ
１が１回転する間（タップが１回転する間）に軸方向へ
ｉＰだけタップを進めねばならないから、スピンドルモ
ータ１の１回転に対し、サーボモータ２はタップをｉＰ
だけ軸方向へ進めるようパルス分配ＰＳ、ＰＺが行われ
ることとなる。

位置制御手段４では分配パルスＰＳとパルスコーダＰＣ
１からのフィードバックパルスＦＳとの差を速度指令と
してデジタル回路５に出力し、デジタル回路５はパワー
回路６を介してスピンドルモータ１を指令速度で駆動す
るよう速度制御が行われ、一方、サーボ回路１２も分配
パルスＰＺとパルスコーダＰＣ２からのフィードバック
パルスＦｚに基づいて位置制御、速度制御が行われてパ
ワー回路１３を介しサーボモータ２を駆動する。

その結果、スピンドルモータ１とり・−ボモータ２は同
期して、指令されたピッチ量でタッピング加工が行われ
ることとなる。

そして、タップ４の移動量（サーボモータ２へのパルス
分配量）がｄｌに達すると、スピンドルモータ１及びサ
ーボモータ２への速度指令ＶＳ、ＶＺが逆方向（マイナ
ス方向）に指令され、補間回路３ａは前述同様直線補間
して逆方向への分配パルスＰＳ、ＰＺを出力し、スピン
ドルモータ１及びサーボモータ２を同期して逆転させ、
タップ４の移動量がｄ２になるまでこの逆転動作を行わ
せしめ、移動量がｄ２になると再び正転させてタップ４
を２軸方向にｄｌ＋ｄ２だけ移動させ、次に前述同様に
逆転動作を開始させる。以下、同様な固定サイクルの処
理を行い、指令された一定量さ位置（Ｚ軸位＠）まで加
工を行う。

このように、タップを回転させるスピンドルモータ１と
サーボモータ２は補間回路３ａによって直線補間して、
パルス分配されて駆動されるから、スピンドルモータ１
とサーボモータ２は同期し、かつ、スピンドルモータ１
の回転位置とサーボモータ２の回転位置、すなわちタッ
プの回転位置とタップの軸方向の位置は完全に１対１に
対応するため、スピンドルモータ１．サーボモータ２を
正転、逆転させても、その相対位置がずれることなく、
正確にタッピング加工を行うことができるものである。

そして、タップ４は正転し加工方向へ進みタッピング加
工を行い、その後一定日逆転。

後退させるから、切屑等は排除され、タップ４には抵抗
が少なくなり、タップ４が折損することは少なくなる。

なお、本実施例では、切換手段７．８を切換えてスピン
ドルモータ１の位置のフィードバック制御を行わず、従
来どＪ３りの重切削加工をも行なえるようになっている
。

発明の効果 以上のように、本発明は、タップを回転させるデジタル
スピンドルモータとタップを軸方向に移動させるサーボ
モータを、補間回路によって直線補間した分配パルスに
よって駆動し、タップの回転位置とタップの軸方向位置
を１対１に対応させ同期して駆動し、かつ、タッピング
加工を一定量行った後タップを一定量後退させる往復動
動作によってタッピング加工が行われるから、切屑が排
除され、タップに加わる抵抗を少なくし、タッピング加
工を容易にしたから、小径のタップでタッピング加工を
行ってもタップが折れること等は少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御ブロック図、第２図（
イ）は従来のスピンドルモータの特性を示す図、第２図
（ロ）はデジタルスピンドルモータの特性を示す図、第
３図は本発明の一実施例の固定サイクルを示す図である
。 １・・・ＡＣデジタルスピンドルモータ、２・・・ＡＣ
サーボモータ、３・・・数値ｔｉ１１１１１部、３ａ・
・・補間回路、４・・・位置制御手段、５・・・デジタ
ル制御回路、７．８・・・切換手段、１２・・・サーボ
回路、２０・・・工具ホルダ、２１・・・タップ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主軸モータにデジタル制御回路によって制御されるデジ
   タルスピンドルモータを使用した工作機械でのタッピン
   グ制御方式において、上記デジタルスピンドルモータの
   制御回路に該スピンドルモータの回転に応じて出力する
   パルスコーダからのフィードバック信号に基づいて該ス
   ピンドルモータの位置をフィードバック制御し、速度指
   令を速度指令を上記デジタル回路へ出力する位置制御手
   段を設け、上記スピンドルモータの制御回路及び工具を
   軸方向に移動させるサーボモータのサーボ回路へ加工す
   るねじのピッチ量に応じて補間回路により直線補間して
   パルス分配し、上記スピンドルモータとサーボモータを
   同期して駆動し、上記スピンドルモータとサーボモータ
   を正転させてタッピング加工を一定量行い、その後上記
   スピンドルモータとサーボモータを逆転させて上記一定
   量より少ない距離だけタップを後退させる往復動作を繰
   り返し行う固定サイクルによりタッピング加工を行うタ
   ッピング加工制御方式。